Production and characterization of waveguides short for optical amplifiers with germane-tellurite glasses

Orientador: Luiz Carlos BarbosaDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb WataghinResumo: Neste trabalho de pesquisa, reporto a fabricação e caracterização de vidros germano-telurito para amplificadores ópticos curtos. Estes são fabricados em guias de onda planar e canal pela técnica de troca iônica e fibra em vidro, dopados com altas concentrações de íons de Er3+ cuja composição é: 75TeO2 ¿ 2GeO2 ¿ (10+x)Na2O ¿ (12-x)ZnO ¿ 1Er2O3 (mol%, onde x=0, 2 e 5). São preparados guias multímodos e monomodos, as profundidades dos guias podem ser controladas pela variação do tempo e da temperatura no processo da troca iônica. Com o vidro de maior índice de refração consegui fabricar fibra óptica (só nucleo) e solda com outro vidro de menor índice de refração, pela técnica de fibra em vidro. A preparação dos vidros foi feita pela técnica convencional de fusão à temperatura de 7500C. Encontrou-se grande estabilidade térmica nos sistemas vítreos. Realizou-se as medidas de espectroscopia Raman, absorção, emissão e tempo de vida, onde se mostra a maior largura de banda de emissão dos vidros germano-teluritos dopados com íons Er3+ quando comparado com amplificadores comerciais feitos à base de vidros silicatos. Os vidros já polidos passaram pelo processo de fotolitografía, durante a fabricação dos guias de ondas se empregou a técnica de troca iônica dos íons Ag+. Na+, processo tomando por base a temperatura de início de cristalização Tg; neste processo os vidros foram submergidos num banho de sais que continha 2AgNaO3 ¿ 49NaNO3 ¿ 49KNO3. Os índices efetivos dos modos foram medidos pela técnica de acoplamento por prisma com o equipamento Metricom. Foram determinados o perfil do índice de refração e os parâmetros da difusão: coeficiente de difusão efetiva De e a energia de ativação ED. Conseguiu-se fabricar guias de onda planar e canais monomodos e multímodos pela técnica de troca iônica em vidros germano-teluritos dopados com altas concentrações de íons de Er3+. Empregando a técnica de fibra em vidro, consegui fabricar um guia de onda. Método totalemente novo que consiste na solda de uma fibra óptica (núcleo) com um substrato de menor índice de refração que é a casca para esta fibra mediante esta técnica. Neste processo deve-se ter em conta a região de temperatura Tg ¿ Tx, para evitar possiveis processos de cristalização no processo de solda da fibra óptica com o substratoAbstract: In this work the production and characterization of germane-tellurite glasses for small optical amplifiers are reported. These materials were applied in the manufacture of planar e channel waveguide using the technique of ionic exchange in glasses and fiber on glass, doped with high concentrations of ions of Er3+ whose composition is: 75TeO2 ¿ 2GeO2 ¿ (10+x)Na2O - (12-x)ZnO ¿ 1Er2 O3 (mol%, x= 0, 2 e 5). Multimode and monomode guides have been prepared, and the depths of the guide can be controlled for the time and the temperature variation in the process of the ionic exchange. With the glass of high refraction index, manufacture of the optic fiber (only nucleus), and welding this with another glass of smaller refraction index were carried out for the fiber technique on glass purpose. The preparation of glasses was made by the conventional technique of fusing at the temperature of 7500C and glasses of great thermal stability were obtained characterization Raman, optical absorption, light emission and lifetime measurements were performed. The optical absorption of glasses doped tellurite with ions Er3+ has been considerably broader than those of the amplifiers of glass base silicate glasses. The polishing of glasses was done using the photo-lithographical process during the construction of the waveguides. The technique of Ag+. Na+ ion-exchange was applied near Tg and below Tx. In this process, the glasses have been submerged in a bath of melted 2AgNaO3 ¿ 49NaNO3 ¿ 49KNO3. The effective refraction index was measured by the coupled prism technique using the Metricom equipment. The refraction index profile and the diffusion parameters as the diffusion effective coefficient De and the energy of activation ED were determined. Planar monomode and multimode waveguide channel was manufactured using the ion-exchange technique in germane-tellurite glasses doped with high concentration of Er3+ ions. A new method of glass fiber preparation is introduced and consists of the soldering of a fiber optic (nucleus) to a substrate of smaller refraction index. In this process the temperature region between Tg and Tx was avoided in order to prevent against any possible crystallization soldering processMestradoFísicaMestre em Físic